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自升式海洋平臺主要由平臺主體結(jié)構(gòu)、樁腿、升降結(jié)構(gòu)、鉆井機(jī)構(gòu)等組成。拖航狀態(tài)時，整個樁腿收回，平臺重心較高，樁腿的搖擺和風(fēng)傾力矩較大，拖航穩(wěn)性較差；樁腿的動彎矩和自身慣性載荷對升樁機(jī)構(gòu)室附近的樁腿自身結(jié)構(gòu)和升樁機(jī)構(gòu)的上導(dǎo)向板結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的應(yīng)力。本文希望通過對自升式平臺拖航狀態(tài)的樁腿結(jié)構(gòu)有限元分析流程研究，為自升式平臺前期設(shè)計方面諸如樁腿結(jié)構(gòu)和升樁結(jié)構(gòu)室等提供依據(jù)。
文中借助N系列軟件包(GENIE、PATRANPRE、HYDROD、WADAM、SESAM MANAGER等)，首先以頻率響應(yīng)分析的方法對自升式海洋平臺拖航狀態(tài)時的橫搖和縱搖固有周期進(jìn)行了計算；其次，以頻響分析中各相應(yīng)固有周期的RAO值和規(guī)范規(guī)定的。單幅橫搖或縱搖值，確定了拖航的計算波高；最后進(jìn)行拖航狀態(tài)時的準(zhǔn)靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析，依據(jù)API-AISC-WSD軟件進(jìn)行樁腿自身結(jié)構(gòu)的屈服和屈曲強(qiáng)度校核。
文中的計算模型基于某平臺處于油田拖航的裝載為計算工況，樁腿結(jié)構(gòu)分析應(yīng)考慮平臺的運動狀態(tài)及其慣性力，油田拖航狀態(tài)下僅考慮平臺在橫搖或縱搖固有周期下的。單幅運動載荷及1.2倍的自身重力載荷，該平臺的拖航分析模型和平臺的樁腿結(jié)構(gòu)圖參見，本文并沒有對海上結(jié)構(gòu)物拖航作業(yè)中的運動響應(yīng)計算、波浪載荷計算及準(zhǔn)靜態(tài)分析等所涉及的理論和原理進(jìn)行詳細(xì)的闡述(這些均可參見相關(guān)的理論書籍、船級社規(guī)范和DNV系列軟件用戶手冊等)，只是針對平臺拖航狀態(tài)嘗試和探索使用DNV系列軟件包進(jìn)行拖航運動固有周期計算、波浪載荷計算及傳遞、拖航準(zhǔn)靜態(tài)分析以及API-AISC-WSD方法的屈服和屈曲強(qiáng)度校核。
平臺拖航運動固有周期的計算借助頻率響應(yīng)分析的方法完成。頻率響應(yīng)計算的濕表面模型見圖，質(zhì)量分布及結(jié)構(gòu)模型見圖，掃描周期為2s，25s、浪向00~345。的所有單位波，由WADAM進(jìn)行運動響應(yīng)直接計算，計算中的臨界阻尼取為0.07；借助后處理程序POSTRESP得到平臺拖航的橫搖頻率響應(yīng)曲線和縱搖頻率響應(yīng)曲線見圖。鑒于自升式平臺主體結(jié)構(gòu)為特殊的三角形型式，在平臺縱搖響應(yīng)曲線中可看到隨不同浪向角的變化，平臺自身縱搖固有周期會改變；本文在此并不進(jìn)行展開，只是根據(jù)圖確定常規(guī)橫搖運動和縱搖運動的環(huán)境載荷參數(shù)，見表。表中的浪向定義：由尾部指向平臺首部為浪向00，其余浪向依次逆時針旋轉(zhuǎn)。
確定平臺拖航的固有周期和RAO后即可確定規(guī)范中。單幅運動固有周期對應(yīng)的波高、橫搖和縱搖固有周期下。單幅運動的波高分別為1.7 m和3.8 m，樁靴和主船體及升樁機(jī)構(gòu)室均做簡化處理，有限元分析的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量分布模型見圖。為避免剛體位移，有限元模型選取三個不共線的節(jié)點，施加不同的線位移約束，如圖所示。波浪載荷計算和傳遞依舊通過HRDROD，WADAM進(jìn)行。在拖航運動載荷中，風(fēng)、浪、流綜合作用的結(jié)果是使平臺產(chǎn)生固有周期下的單幅運動，所以拖航計算載荷中只考慮運動載荷和1.2倍的自身重力載荷，由MANAGER調(diào)用波浪載荷計算的結(jié)果直接施加于結(jié)構(gòu)分析模型，再調(diào)用后處理程序SESTRA進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)分析，分析結(jié)果通過FRAMEWORK進(jìn)行API-AISC-WSD方法屈服強(qiáng)度和屈曲強(qiáng)度校核。
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